钠离子电池的电极材料、其制造方法及钠离子电池的电极技术

本发明专利技术提供钠离子电池的电极材料、其制造方法以及钠离子电池的电极，所述钠离子电池的电极材料包括以下述式2表示的钠钒磷氧化物：[式2]Na3+x2‑yV2(PO4‑yFy)3，其中0.01≤x2≤0.99、0.01≤y≤0.3。上述的钠离子电池的电极材料可使钠离子电池具有高的循环寿命及提升的电性。

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池的电极材料、其制造方法及钠离子电池的电极
本专利技术涉及一种电池的电极材料、其制造方法及钠离子电池的电极，且特别涉及一种钠离子电池的电极材料、其制造方法及钠离子电池的电极。
技术介绍
相较于锂离子电池，由于钠离子电池具有钠的蕴藏量丰富、相对的高安全性以及对环境友善等优点，因此，近年来钠离子电池的开发以慢慢地受到重视。然而，由于钠离子具有的体积高达(其约为锂离子的2.41倍)，因此在钠离子电池的充放电过程时，钠离子因于充放电过程中的体积剧烈变化(即，膨胀与收缩)而易于使钠离子电池的电极结构崩解，使得钠离子电池的循环寿命下降。并且，钠离子的还原电位小于锂离子的还原电位，而使得钠离子电池所具有的能量密度小于锂离子电池。因此，目前急需开发一种新颖的用于钠离子电池的电极材料，以克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种钠离子电池的电极材料、其制造方法与钠离子电池的电极，其可使钠离子电池具有高的循环寿命及提升的电性。本专利技术提供一种钠离子电池的电极材料，其包括以下述式1表示的钠钒磷氧化物：[式1]Nax1V2(PO4)3，其中3.01≤x1≤3.99。在本专利技术的一实施例中，上述的x1例如是3.10。在本专利技术的一实施例中，上述的钠钒磷氧化物中可掺杂有氟。本专利技术提供一种钠离子电池的电极材料，其包括以下述式2表示的钠钒磷氧化物：[式2]Na3+x2-yV2(PO4-yFy)3，其中0.01≤x2≤0.99，且0.01≤y≤0.30。在本专利技术的一实施例中，上述的x2例如是0.25，且y例如是0.15。本专利技术提供一种钠离子电池的电极材料的制造方法，其包括以下步骤。将钠盐、钒酸盐、磷酸盐与第一溶剂混合，以获得含钠钒磷的溶液。去除含钠钒磷的溶液中的第一溶剂，以获得含钠钒磷的粉体。对含钠钒磷的粉体进行烧结，以获得含钠钒磷氧化物的团聚粉体。将含钠钒磷氧化物的团聚粉体与第二溶剂混合，以获得包括含钠钒磷氧化物的团聚粉体的溶液。对包括含钠钒磷氧化物的团聚粉体的溶液中的含钠钒磷氧化物的团聚粉体进行分散，以获得包括含钠钒磷氧化物的分散粉体的溶液。在本专利技术的一实施例中，在对包括含钠钒磷氧化物的团聚粉体的溶液中的含钠钒磷氧化物的团聚粉体进行分散之后，更包括去除包括含钠钒磷氧化物的分散粉体的溶液中的第二溶剂，以获得含钠钒磷氧化物的分散粉体。在本专利技术的一实施例中，上述的钠盐、钒酸盐与磷酸盐的添加莫耳比例例如是x1：2：3，其中3.01≤x1≤3.99。在本专利技术的一实施例中，上述的钠离子电池的电极材料的制造方法更包括将含氟的盐与钠盐、钒酸盐、磷酸盐以及第一溶剂混合，含氟的盐、钠盐、钒酸盐与磷酸盐的添加莫耳比例例如是y：x1：2：3，其中3.01≤x1≤3.99，且0.01≤y≤0.30。在本专利技术的一实施例中，上述的含氟的盐例如是氟化钠、氟化铵、氟化氢或其组合。在本专利技术的一实施例中，上述的含钠钒磷氧化物例如是以下述式1表示：[式1]Nax1V2(PO4)3，其中3.01≤x1≤3.99。在本专利技术的一实施例中，上述的含钠钒磷氧化物例如是以下述式2表示：[式2]Na3+x2-yV2(PO4-yFy)3，其中0.01≤x2≤0.99，且0.01≤y≤0.30。在本专利技术的一实施例中，上述的钠离子电池的电极材料的制造方法更包括于含钠钒磷的溶液中添加作为碳源的柠檬酸、草酸、葡萄酸、蔗糖、水杨酸、聚丙烯酸或其组合。在本专利技术的一实施例中，可使用超音波震荡器对包括含钠钒磷氧化物的团聚粉体的溶液中的含钠钒磷氧化物的团聚粉体进行分散。在本专利技术的一实施例中，使用超音波震荡器对包括含钠钒磷氧化物的团聚粉体的溶液中的含钠钒磷氧化物的团聚粉体进行分散的时间例如是3分钟～5小时。在本专利技术的一实施例中，钠盐例如是碳酸钠(Na2CO3)、氟化钠或其组合。在本专利技术的一实施例中，钒酸盐例如是钒酸铵(NH4VO4)、五氧化二钒、氧化钒或其组合。在本专利技术的一实施例中，磷酸盐例如是磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、磷酸氢二铵或其组合。在本专利技术的一实施例中，第一溶剂及第二溶剂例如是N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、酒精、丙酮、水或其组合。本专利技术提供一种钠离子电池的电极，包括上述的钠离子电池的电极材料、助黏剂、助导剂以及溶剂。基于上述，本专利技术藉由将改变钠盐的添加量或进行氟掺杂而形成的钠钒磷氧化物作为钠离子电池的电极材料可使钠离子电池具有高的循环寿命。此外，上述钠离子电池的电极材料也同时提升钠离子电池的电性。另外，本专利技术的钠离子电池的电极材料的制造方法藉由对含钠钒磷氧化物的团聚粉体的溶液中的团聚粉体进行分散，藉此可使经烧结形成的钠钒磷氧化物不呈现团聚的现象，进而使以所述钠钒磷氧化物作为电极材料的钠离子电池可提升其电性。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的钠离子电池的电极材料的制造方法的流程图。其中，S10、S20、S30、S40、S50、S60表示步骤。图2是本专利技术第一实验例的钠钒磷氧化物、第一比较例的钠钒磷氧化物与第二比较例的钠钒磷氧化物的X-射线绕射图谱。图3是各自包括本专利技术第一实验例的钠钒磷氧化物与第一比较例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的比容量(Specificcapacity)随着循环次数变化的曲线图。图4是各自包括本专利技术第一实验例的钠钒磷氧化物与第一比较例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的充电速率的曲线图。图5A是本专利技术第一实验例的钠钒磷氧化物在经分散前的扫描式电子显微镜(ScanningElectronMicroscope)图谱；图5B是本专利技术第一实验例的钠钒磷氧化物在经分散后的扫描式电子显微镜图谱。图6是包括经分散后的第一实验例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的充放电曲线图。图7是包括经分散后的第一实验例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的循环伏安图。图8是包括经分散后的第一实验例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的循环寿命图。图9是包括经分散后的第一实验例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的充电速率的曲线图。图10A是第一比较例的钠钒磷氧化物的扫描式电子显微镜图谱；图10B是本专利技术第二实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物的扫描式电子显微镜图谱；图10C及图10D分别是本专利技术第二实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物在低倍率与高倍率的高解析穿透式电子显微镜(HighResolutionTransmissionElectronMicroscope；HR-TEM)图谱。图11是本专利技术第二实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物与第一比较例的钠钒磷氧化物的X射线光电子能谱图。图12A是本专利技术第二实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物与第一比较例的钠钒磷氧化物的氮气等温吸附/脱附曲线图；图12B是本专利技术第二实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物与第一比较例的钠钒磷氧化物的孔径分布图。图13是本专利技术第二实验例、第三实验例、第四实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物以及第一比较例的钠钒磷氧化物的电导率的长条图。图14是各自包括本专利技术第二实验例、第三实验例与第四实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物以及第一比较例的钠钒磷氧化物的钠离子电池的循环寿命图。图15是包括本专利技术第二实验例的掺杂氟的钠钒磷氧化物的钠离子电池的充放电曲线图。图16是各自包括本专利技术第二实验例、第三实验例与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池的电极材料，其特征在于，包括以下述式1表示的钠钒磷氧化物：[式1]Nax1V2(PO4)3，其中3.01≤x1≤3.99。

【技术特征摘要】
2017.11.10 TW 1061390571.一种钠离子电池的电极材料，其特征在于，包括以下述式1表示的钠钒磷氧化物：[式1]Nax1V2(PO4)3，其中3.01≤x1≤3.99。2.根据权利要求1所述的钠离子电池的电极材料，其特征在于，其中x1为3.10。3.根据权利要求1所述的钠离子电池的电极材料，其特征在于，于所述钠钒磷氧化物中掺杂有氟。4.一种钠离子电池的电极材料，其特征在于，包括以下述式2表示的掺杂氟的钠钒磷氧化物：[式2]Na3+x2-yV2(PO4-yFy)3，其中0.01≤x2≤0.99，且0.01≤y≤0.30。5.根据权利要求4所述的钠离子电池的电极材料，其特征在于，其中x2为0.25，且y为0.15。6.一种钠离子电池的电极材料的制造方法，其特征在于，包括：将钠盐、钒酸盐、磷酸盐与第一溶剂混合，以获得含钠钒磷的溶液；去除所述含钠钒磷的溶液中的所述第一溶剂，以获得含钠钒磷的粉体；对所述含钠钒磷的粉体进行烧结，以获得含钠钒磷氧化物的团聚粉体；将所述含钠钒磷氧化物的团聚粉体与第二溶剂混合，以获得包括含钠钒磷氧化物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟仁，邱奕棠，莫魯根，
申请(专利权)人：中原大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71